(57)【要約】  光検出装置は、入力光を電流に夫々変換して出力する第１光電変換素子部（１１０）及び第２光電変換素子部（１２０）を含んでなり、第１光電変換素子部が出力する電流と第２光電変換素子部が出力する電流との差分電流を検出電流として出力する光電流変換部（１００）と、この光電流変換部から出力された検出電流を増幅して電圧信号に変換し、この電圧信号を出力する第１電流電圧変換部（２００）とを備える。
2011161799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光に含まれる信号光成分を検出するための光検出装置であって、
前記入力光を電流に夫々変換して出力する第１及び第２光電変換素子部を含んでなり、前記第１光電変換素子部が出力する電流と前記第２光電変換素子部が出力する電流との差分電流を検出電流として出力する光電流変換部と、
該光電流変換部から出力された前記検出電流を増幅して電圧信号に変換し、該電圧信号を出力する第１電流電圧変換部と
を備えることを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
前記第１及び第２光電変換素子部は、前記第１光電変換素子部のカソードと前記第２光電変換素子部のアノードとが接続され且つ前記第１光電変換素子部のアノードと前記第２光電変換素子部のカソードとが接続されるように、並列接続されていることを特徴とする光検出装置。
【請求項３】
前記第１及び第２光電変換素子部は、互いにカソード同士又はアノード同士が接続されるように、直列接続されていることを特徴とする光検出装置。
【請求項４】
前記直列接続された前記第１及び第２光電変換素子部間に接続されており、前記第１及び第２光電変換素子部の各々にバイアス電圧を印加することが可能なバイアス電圧印加手段を更に備え、
前記光電流変換部は、前記バイアス電圧印加手段によって前記第１及び第２光電変換素子部の各々に前記バイアス電圧が印加された場合には、前記第１光電変換素子部が出力する電流と前記第２光電変換素子部が出力する電流との各々を出力する
ことを特徴とする請求項３に記載の光検出装置。
【請求項５】
前記入力光を電流に変換して出力する第３光電変換素子部と、
前記第３光電変換素子部から出力された電流を増幅して電圧信号に変換する第２電流電圧変換部と
を更に備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項６】
前記光電流変換部は、前記第１及び第２光電変換素子部の両端に夫々接続された第１及び第２端子を有し、
前記第１電流電圧変換部は、
前記第１端子に接続された正の入力端子、前記第２端子に接続された負の入力端子、前記正の入力端子に入力された信号を反転増幅して出力する負の出力端子、及び前記負の入力端子に入力された信号を反転増幅して出力する正の出力端子を有する全差動増幅器と、
前記正の入力端子と前記負の出力端子との間に接続された第１負帰還抵抗と、
前記負の入力端子と前記正の出力端子との間に接続された第２負帰還抵抗と、
前記正の出力端子から出力される信号と前記負の出力端子から出力される信号との差を増幅して電圧信号として出力する増幅器と
を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項７】
光を被検体に照射する照射部と、
前記照射された光に起因する前記被検体からの光が前記入力光として入力される請求項１から６のいずれか一項に記載の光検出装置と、
前記第１電流電圧変換部が出力する電圧信号に基づいて、前記被検体中の流体に関する流体情報を算出する算出部と
を備えることを特徴とする流体計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば被検体によって例えば反射、散乱等された光に含まれる信号光成分を検出するための光検出装置、及び該光検出装置を備えた、例えばレーザートップラー血流計等の流体計測装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の光検出装置として、例えば、レーザートップラー血流計において生体からの光を検出する受光部として用いられるものがある（例えば特許文献１及び２参照）。レーザードップラー血流計は、レーザー光等の光を生体に照射し、その反射又は散乱の際におけるドップラーシフトによる波長の変化により、生体の血流速度等を算出する。このようなレーザートップラー血流計における受光部として用いられる光検出装置は、典型的には、フォトダイオード等の光電変換素子と、この光電変換素子の出力電流を増幅して電圧信号に変換する、オペアンプ（即ち「演算増幅回路」）を含む電流電圧変換回路とを備えている。【０００３】
一方、例えば特許文献３には、光通信等に使用される光受信回路において、フォトダイオードの両端にバイアス素子を接続すると共に、この両端をコンデンサを介して差動アンプ（オペアンプ）の入力端に接続し、且つ、差動アンプの正入力と反転出力との間および負入力と正出力との間に抵抗素子を設けることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１７５４１５号公報
【特許文献２】特許第３３１３８４１号公報
【特許文献３】特開平６−２２４６５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この種の光検出装置が前述したようなレーザードップラー血流計における受光部として用いられる場合、生体によって反射又は散乱された光に含まれる信号光成分（即ち、ドップラーシフトされた変調成分）の強度は、生体によって反射又は散乱された光に含まれる定常光成分（即ち、生体による反射又は散乱によって変動しない成分）の強度よりも微弱であるため、信号光成分を精度良く検出することが困難であるという技術的問題点がある。【０００６】
本発明は、例えば前述した問題点に鑑みなされたものであり、例えば被検体によって例えば反射、散乱等された光に含まれる信号光成分を精度良く検出することが可能な光検出装置、及びこのような光検出装置を備えた流体計測装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光検出装置は上記課題を解決するために、入力光に含まれる信号光成分を検出するための光検出装置であって、前記入力光を電流に夫々変換して出力する第１及び第２光電変換素子部を含んでなり、前記第１光電変換素子部が出力する電流と前記第２光電変換素子部が出力する電流との差分電流を検出電流として出力する光電流変換部と、該光電流変換部から出力された前記検出電流を増幅して電圧信号に変換し、該電圧信号を前記信号光成分を検出するための光検出信号として出力する第１電流電圧変換部とを備える。【０００８】
本発明の流体計測装置は上記課題を解決するために、光を被検体に照射する照射部と、前記照射された光に起因する前記被検体からの光が前記入力光として入力される前述した本発明の光検出装置と、前記光検出信号に基づいて、前記被検体中の流体に関する流体情報を算出する算出部とを備える。【０００９】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施例に係る光検出装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施例に係る光検出装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第１実施例に係る光検出装置の光電流変換部から出力される検出電流Ｉｄｔ、及び電流電圧変換部が有するオペアンプの出力電圧Ｖｏｕｔの各々の一例を示す波形図である。
【図４】第２実施例に係る光検出装置の構成を示すブロック図である。
【図５】第３実施例に係る光検出装置の構成を示すブロック図である。
【図６】第３実施例に係る光検出装置が有する増幅器の構成を示す回路図である。
【図７】第４実施例に係る光検出装置が有する増幅器の構成を示す回路図である。
【図８】第５実施例に係る血流計測装置の構成を示すブロック図である。
【図９】第６実施例に係る血流計測装置の構成を示すブロック図である。
【図１０】第７実施例に係る光検出装置の構成を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００１２】
第１実施形態に係る光検出装置は上記課題を解決するために、入力光に含まれる信号光成分を検出するための光検出装置であって、前記入力光を電流に夫々変換して出力する第１及び第２光電変換素子部を含んでなり、前記第１光電変換素子部が出力する電流と前記第２光電変換素子部が出力する電流との差分電流を検出電流として出力する光電流変換部と、該光電流変換部から出力された前記検出電流を増幅して電圧信号に変換し、該電圧信号を出力する第１電流電圧変換部とを備える。
【００１３】
本実施形態に係る光検出装置によれば、その動作時には、例えば被検体によって例えば反射、散乱等された光が入力光として光電流変換部に入力される。光電流変換部に入力された入力光は、光電流変換部によって電流に変換されて検出電流として出力される。光電流変換部から出力された検出電流は、例えばオペアンプ及び負帰還抵抗を含んでなる第１電流電圧変換部によって所定の利得で増幅され電圧信号に変換される。第１電流電圧変換部が出力する電圧信号に基づいて、入力光に含まれる信号光成分（例えば、被検体における例えば反射、散乱等による変調成分）を検出することが可能となる。
【００１４】
本実施形態では特に、光電流変換部は、入力光を電流に夫々変換して出力する第１及び第２光電変換素子部を含んでなり、第１光電変換素子部が出力する電流と第２光電変換素子部が出力する電流との差分電流を検出電流として出力する。
【００１５】
具体的には、第１及び第２光電変換素子部の各々は、１又は複数の光電変換素子（例えばフォトダイオード等）からなり、入力光の光量に応じて電流を出力する。光電流変換部は、第１光電変換素子部が出力する電流と第２光電変換素子部が出力する電流との差分電流を検出電流として出力する。例えば、第１及び第２光電変換素子部は、第１光電変換素子部のカソードと第２光電変換素子部のアノードとが接続され且つ第１光電変換素子部のアノードと第２光電変換素子部のカソードとが接続されるように、並列接続されている。尚、第１光電変換素子部のカソードとは、第１光電変換素子部に入力光が入力された際に外部から電流が流れ込むことになる電極を意味し、第１光電変換素子部のアノードとは、第１光電変換素子部に入力光が入力された際に外部に電流が流れ出すことになる電極を意味する。同様に、第２光電変換素子部のカソードとは、第２光電変換素子部に入力光が入力された際に外部から電流が流れ込むことになる電極を意味し、第２光電変換素子部のアノードとは、第２光電変換素子部に入力光が入力された際に外部に電流が流れ出すことになる電極を意味する。或いは、例えば、第１及び第２光電変換素子部は、互いにカソード同士又はアノード同士が接続されるように、直列接続されている。
【００１６】
よって、第１及び第２光電変換素子部の各々から出力される電流のうち入力光に含まれる定常光成分に相当する電流成分（以下「ＤＣ（direct current）成分」と適宜称する）を低減或いは除去して、入力光に含まれる信号光成分に相当する電流成分（以下「ＡＣ（alternate current）成分」と適宜称する）を主として含む電流を検出電流として出力することができる。即ち、第１光電変換素子部が出力する電流のＤＣ成分と、第２光電変換素子部が出力する電流のＤＣ成分とを相殺させることができ、入力光に含まれる信号光成分に相当するＡＣ成分を主として含む検出電流を出力することができる。
【００１７】
従って、第１電流電圧変換部によって検出電流を増幅して電圧信号に変換する際の利得を高めることができる。言い換えれば、本実施形態によれば、前述したように、第１光電変換素子部が出力する電流のＤＣ成分と、第２光電変換素子部が出力する電流のＤＣ成分とが相殺されており、検出電流にはＤＣ成分が殆ど或いは全く含まれていないので、例えば検出電流に含まれるＤＣ成分が比較的大きい場合に発生し得る第１電流電圧変換部の飽和現象（例えば第１電流電圧変換部に含まれるオペアンプの飽和現象）の発生を回避しつつ、第１電流電圧変換部による増幅の利得を大きくすることができる。尚、第１電流電圧変換部の飽和現象とは、第１電流電圧変換部に入力される検出電流の電流値が所定の電流値よりも大きい場合に、第１電流電圧変換部が出力する電圧信号が、検出電流の電流値によらず、第１電流電圧変換部の電源電圧に応じて定まる一定の飽和電圧となる現象を意味する。
【００１８】
更に、本実施形態によれば、前述したように、入力光に含まれる信号光成分に相当するＡＣ成分を主として含む電流を、検出電流として出力することができるので、第１電流電圧変換部が出力する電圧信号におけるＳ／Ｎ比（signal-to-noise ratio）を向上させることができる。即ち、本実施形態によれば、第１及び第２光電変換素子部の各々から出力される電流のうち、入力光に定常光成分として含まれるノイズ成分に相当するＤＣ成分を低減或いは除去して、信号成分に相当するＡＣ成分を主として含む検出電流を出力するので、第１電流電圧変換部が出力する電圧信号におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００１９】
以上の結果、本実施形態に係る光検出装置によれば、入力光に含まれる信号光成分を精度良く検出することが可能となる。
【００２０】
第１実施形態に係る光検出装置の一の態様では、前記第１及び第２光電変換素子部は、前記第１光電変換素子部のカソードと前記第２光電変換素子部のアノードとが接続され且つ前記第１光電変換素子部のアノードと前記第２光電変換素子部のカソードとが接続されるように、並列接続されている。
【００２１】
この態様によれば、第１光電変換素子部が出力する電流と第２光電変換素子部が出力する電流との差分電流を検出電流として確実に出力することができる。
【００２２】
第１実施形態に係る光検出装置の他の態様では、前記第１及び第２光電変換素子部は、互いにカソード同士又はアノード同士が接続されるように、直列接続されている。
【００２３】
この態様によれば、第１光電変換素子部が出力する電流と第２光電変換素子部が出力する電流との差分電流を検出電流として確実に出力することができる。
【００２４】
前述した第１及び第２光電変換素子部が直列接続されている態様では、前記直列接続された前記第１及び第２光電変換素子部間に接続されており、前記第１及び第２光電変換素子部の各々にバイアス電圧を印加することが可能なバイアス電圧印加手段を更に備え、前記光電流変換部は、前記バイアス電圧印加手段によって前記第１及び第２光電変換素子部の各々に前記バイアス電圧が印加された場合には、前記第１光電変換素子部が出力する電流と前記第２光電変換素子部が出力する電流との各々を出力する。
【００２５】
この場合には、第１光電変換素子部が出力する電流と第２光電変換素子部が出力する電流との各々のＤＣ成分を検出することができる。よって、入力光に含まれる定常光成分に対する信号光成分の比を算出することができる。従って、入力光に含まれる信号光成分をより精度良く検出することが可能となる。
【００２６】
第１実施形態に係る光検出装置の他の態様では、前記入力光を電流に変換して出力する第３光電変換素子部と、前記第３光電変換素子部から出力された電流を増幅して電圧信号に変換する第２電流電圧変換部とを更に備える。
【００２７】
この態様によれば、第２電流電圧変換部から出力される電圧信号に基づいて、第３光電変換素子部が出力する電流のＤＣ成分を検出することができる。よって、入力光に含まれる定常光成分に対する信号光成分の比を算出することができる。従って、入力光に含まれる信号光成分をより精度良く検出することが可能となる。
【００２８】
第１実施形態に係る光検出装置の他の態様では、前記光電流変換部は、前記第１及び第２光電変換素子部の両端に夫々接続された第１及び第２端子を有し、前記第１電流電圧変換部は、前記第１端子に接続された正の入力端子、前記第２端子に接続された負の入力端子、前記正の入力端子に入力された信号を反転増幅して出力する負の出力端子、及び前記負の入力端子に入力された信号を反転増幅して出力する正の出力端子を有する全差動増幅器と、前記正の入力端子と前記負の出力端子との間に接続された第１負帰還抵抗と、前記負の入力端子と前記正の出力端子との間に接続された第２負帰還抵抗と、前記正の出力端子から出力される信号と前記負の出力端子から出力される信号との差を増幅して電圧信号として出力する増幅器とを有する。
【００２９】
この態様によれば、例えばフォトダイオード等である第１及び第２光電変換素子部を、逆バイアス電圧が殆ど或いは全く印加されない状態、即ち、いわゆる発電モードで動作させることができる。よって、第１及び第２光電変換素子部に発生する暗電流（即ち、入力光が入力されなくても逆バイアス電圧によって発生する逆方向電流）を低減或いは無くすことができる。従って、暗電流のゆらぎによるノイズ電流を低下させることができ、第１電流電圧変換部の増幅器が出力する電圧信号におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。この結果、入力光に含まれる信号光成分をより精度良く検出することが可能となる。
【００３０】
第１実施形態に係る流量計測装置は上記課題を解決するために、光を被検体に照射する照射部と、前記照射された光に起因する前記被検体からの光が前記入力光として入力される前述した本実施形態に係る光検出装置（但し、その各種態様を含む）と、前記第１電流電圧変換部が出力する電圧信号に基づいて、前記被検体中の流体に関する流体情報を算出する算出部とを備える。
【００３１】
本実施形態に係る流量計測装置によれば、前述した本実施形態に係る光検出装置を備えるので、被検体中の流体に関する流体情報を正確に算出することができる。
【実施例】
【００３２】
以下、本発明の実施例について図を参照しつつ説明する。【００３３】
＜第１実施例＞
第１実施例に係る光検出装置について、図１から図３を参照して説明する。【００３４】
先ず、第１実施例に係る光検出装置の構成について、図１及び図２を参照して説明する。【００３５】
図１は、第１実施例に係る光検出装置の全体構成を示すブロック図であり、図２は、第１実施例に係る光検出装置の構成を示すブロック図である。【００３６】
図１及び図２において、第１実施例に係る光検出装置１は、外部から入力される入力光に含まれる信号光成分を検出するための光検出装置であり、光電流変換部１００と、電流電圧変換部２００とを備えている。入力光は、例えば、レーザー光が被検体（例えば人間の指など）によって例えば反射、散乱等された光であり、被検体に係る情報を示す信号光成分（例えば、被検体における例えば反射、散乱等による変調成分）を含んでいる。【００３７】
図２において、光電流変換部１００は、受光素子１１０及び１２０と、端子Ｐｄ１及びＰｄ２とを有している。尚、受光素子１１０は、本発明に係る「第１光電変換素子部」の一例であり、受光素子１２０は、本発明に「第２光電変換素子部」の一例である。【００３８】
受光素子１１０及び１２０の各々は、例えばＰＩＮダイオード（P-Intrinsic-N Diode）等のフォトダイオードであり、入力光を受光し、受光した入力光の光量に応じて電流を出力する。受光素子１１０及び１２０は、受光素子１１０のカソード（言い換えれば、受光素子１１０のＮ型半導体）と受光素子１２０のアノード（言い換えれば、受光素子１１０のＰ型半導体）とが互いに接続され且つ受光素子１１０のアノード（言い換えれば、受光素子１１０のＰ型半導体）と受光素子１２０のカソード（言い換えれば、受光素子１２０のＮ型半導体）とが互いに接続されるように、並列接続されている。受光素子１１０のアノード及び受光素子１２０のカソードは、端子Ｐｄ１に接続され、受光素子１１０のカソード及び受光素子１２０のアノードは、端子Ｐｄ２に接続されている。受光素子１１０及び１２０がこのように並列接続されているので、光電流変換部１００は、受光素子１１０が出力する電流Ｉｄｔ１と受光素子１２０が出力する電流Ｉｄｔ２と差分電流を検出電流Ｉｄｔとして端子Ｐｄ１から出力することができる。【００３９】
端子Ｐｄ１及びＰｄ２は、後述する電流電圧変換部２００の入力端子Ｉｎ１及びＩｎ２にそれぞれ接続されている。【００４０】
電流電圧変換部２００は、入力端子Ｉｎ１及びＩｎ２と、オペアンプ２１０と、帰還抵抗Ｒｆと、出力端子Ｏｕｔとを有している。電流電圧変換部２００は、入力端子Ｉｎ１に入力される電流を電圧信号に変換して出力するトランスインピーダンスアンプ（電流−電圧変換増幅器）として構成されている。電流電圧変換部２００は、光電流変換部１００から入力端子Ｉｎ１に入力される検出電流Ｉｄｔを電圧信号に変換して出力端子Ｏｕｔから光検出信号として出力する。【００４１】
入力端子Ｉｎ１は、オペアンプ２１０の反転入力端子（−）に接続されている。入力端子Ｉｎ２は、オペアンプ２１０の非反転入力端子（＋）に接続されている。入力端子Ｉｎ２及びオペアンプ２１０の非反転入力端子は接地されている（即ち、例えばグランド（ＧＮＤ）電位等の基準電位に接続されている）。【００４２】
帰還抵抗Ｒｆは、オペアンプ２１０の出力端子とオペアンプ２１０の反転入力端子との間に接続されており、負帰還を施すと共に電流を電圧に変換する。帰還抵抗Ｒｆによって負帰還が施されることにより、オペアンプ２１０の反転入力端子と非反転入力端子との電位差は殆どゼロになっている（即ち、いわゆる「イマジナルショート（仮想短絡）」が成立している）。【００４３】
出力端子Ｏｕｔは、オペアンプ２１０の出力端子に接続されている。出力端子Ｏｕｔは、オペアンプ２１０から出力される電圧信号を光検出信号として出力する。【００４４】
次に、本実施例に係る光検出装置の動作について、図２を参照して説明する。【００４５】
図２において、光検出装置１の動作時には、入力光が受光素子１１０及び１２０の各々によって受光されると、受光素子１１０及び１２０の各々から入力光の光量に応じた電流が出力される。即ち、受光素子１１０は、受光した入力光の光量に応じて電流Ｉｄｔ１を出力し、受光素子１２０は、受光した入力光の光量に応じて電流Ｉｄｔ２を出力する。すると、前述したように、受光素子１１０及び１２０は、受光素子１１０のカソードと受光素子１２０のアノードとが互いに接続され且つ受光素子１１０のアノードと受光素子１２０のカソードとが互いに接続されるように、並列接続されているので、受光素子１１０から出力される電流Ｉｄｔ１と受光素子１２０から出力される電流Ｉｄｔ２との差分電流が端子Ｐｄ１から検出電流Ｉｄｔとして出力される。【００４６】
ここで、入力光には信号光成分（例えば、被検体における例えば反射、散乱等による変調成分）と定常成分（例えば、被検体に照射されるレーザー光の光量に応じた成分やノイズ成分）とが含まれる。よって、受光素子１１０が出力する電流Ｉｄｔ１と受光素子１２０が出力する電流Ｉｄｔ２とには、それぞれ、入力光に含まれる信号光成分に相当する電流成分であるＡＣ成分と、入力光に含まれる定常光成分に相当する電流成分であるＤＣ成分とが含まれる。受光素子１１０に入力される入力光の信号光成分と、受光素子１２０に入力される入力光の信号光成分とは、受光素子１１０が配置された位置と受光素子１２０が配置された位置とが互いに異なるため、光学的経路が互いに異なる。そのため信号光成分に相当する電流成分は互いに相関の低い信号となる。よって、受光素子１１０が出力する電流Ｉｄｔ１のＡＣ成分（即ち、信号光成分に相当する電流成分）と、受光素子１２０が出力する電流Ｉｄｔ２のＡＣ成分とは、互いに相関が低い。即ち、電流Ｉｄｔ１及びＩｄｔ２のＡＣ成分は、互いに位相や振幅や周波数が異なる非同相成分を多く含む（言い換えれば、互いに相関が低い無相関成分である）。一方、受光素子１１０が出力する電流Ｉｄｔ１のＤＣ成分（即ち、定常光成分に相当する電流成分）と、受光素子１２０が出力する電流Ｉｄｔ２のＤＣ成分とは、例えば受光面積を等しく設計した場合、互いの振幅はほぼ等しい。即ち、電流Ｉｄｔ１及びＩｄｔ２のＤＣ成分は、互いに同相成分（言い換えれば、互いに相関が強い相関成分）である。【００４７】
よって、図３に示すように、受光素子１１０から出力される電流Ｉｄｔ１と受光素子１２０から出力される電流Ｉｄｔ２との差分電流である検出電流Ｉｄｔは、電流Ｉｄｔ１及びＩｄｔ２のＡＣ成分に比較して増加すると共にＤＣ成分が低減或いは除去された電流となる。互いに無相関成分を多く含む信号同士の減算は、ランダム信号の減算と等価であり、減算後信号パワーは増加する。尚、図３は、検出電流Ｉｄｔ及びオペアンプ２１０の出力電圧Ｖｏｕｔの各々の一例を示す波形図である。【００４８】
即ち、本実施例に係る光電流変換部１００によれば、受光素子１１０が出力する電流Ｉｄｔ１のＤＣ成分と、受光素子１２０が出力する電流Ｉｄｔ２のＤＣ成分とを相殺させることができ、入力光に含まれる信号光成分に相当するＡＣ成分を主として含む検出電流Ｉｄｔを出力することができる。【００４９】
従って、電流電圧変換部２００によって検出電流Ｉｄｔを増幅して電圧信号に変換する際の利得を高めることができる。言い換えれば、本実施例によれば、前述したように、受光素子１１０が出力する電流Ｉｄｔ１のＤＣ成分と、受光素子１２０が出力する電流Ｉｄｔ２のＤＣ成分とが相殺されており、検出電流ＩｄｔにはＤＣ成分が殆ど或いは全く含まれていないので、例えば検出電流Ｉｄｔに含まれるＤＣ成分が比較的大きい場合に発生し得る、電流電圧変換部２００に含まれるオペアンプ２１０の飽和現象の発生を回避しつつ、電流電圧変換部２００による増幅の利得を大きくすることができる。言い換えれば、図３において、オペアンプ２１０の出力電圧Ｖｏｕｔの最大値とオペアンプ２１０の飽和電圧Ｖｓとの差ΔＶ１を比較的大きく維持しつつ、電流電圧変換部２００による増幅の利得を大きくすることができる。【００５０】
更に、本実施例によれば、前述したように、光電流変換部１００は、入力光に含まれる信号光成分に相当するＡＣ成分を主として含む電流を、検出電流Ｉｄｔとして出力することができるので、電流電圧変換部２００が出力する光検出信号におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。即ち、本実施例によれば、受光素子１１０が出力する電流Ｉｄｔ１と受光素子１２０が出力する電流Ｉｄｔ２とから、入力光に定常光成分として含まれるノイズ成分（例えばレーザー光源のゆらぎに起因するノイズ成分）に相当するＤＣ成分を低減或いは除去して、信号成分に相当するＡＣ成分を主として含む検出電流Ｉｄｔを出力するので、電流電圧変換部２００が出力する光検出信号におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。【００５１】
加えて、本実施例によれば、前述したように、オペアンプ２１０の反転入力端子と非反転入力端子との電位差が殆どゼロになるイマジナルショートが成立している。よって、オペアンプ２１０の反転入力端子に入力端子Ｉｎ１を介して接続されている端子Ｐｄ１と、オペアンプ２１０の非反転入力端子に入力端子Ｉｎ２を介して接続されている端子Ｐｄ２との電位差も殆どゼロであり、受光素子１１０及び１２０の各々をゼロバイアスの状態（即ち、逆バイアス電圧が殆ど或いは全く印加されない状態）、即ち、いわゆる発電モードで動作させることができる。従って、受光素子１１０及び１２０に発生する暗電流を低減或いは無くすことができる。これにより、暗電流のゆらぎによるノイズ電流を低下させることができ、電流電圧変換部２００が出力する光検出信号におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。【００５２】
本実施例によれば、入力光に定常光成分として含まれるＤＣ成分を低減或いは除去できるので、電流電圧変換部２００において、飽和現象を回避しつつ、入力である検出電流Ｉｄｔに対する出力である出力電圧Ｖｏｕｔの比、即ち変換ゲインを高くできるので、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。【００５３】
具体的には、図２における帰還抵抗Ｒｆの抵抗値を高くしても、オペアンプ２１０の飽和現象を回避できる。電流電圧変換部２００が発生するノイズの主要成分のひとつとして、帰還抵抗Ｒｆの熱雑音が良く知られている。熱雑音は、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値の平方根に比例する。一方、変換ゲインは、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値に比例するので、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値を高くするとＳ／Ｎ比は、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値の平方根倍で改善される。しかし、従来の単一フォトダイオード構成で帰還抵抗Ｒｆの抵抗値を高くすると、ＤＣ成分によりオペアンプ２１０が飽和してしまう。仮にオペアンプ２１０が飽和した場合、信号成分は出力されなくなり、致命的な不具合が生じる。一方、本実施例によれば、検出電流Ｉｄｔの段階でＤＣ成分を低減或いは除去できるので、帰還抵抗Ｒｆの抵抗値を高くしてもオペアンプ２１０は飽和しない。従って、本実施例によれば、オペアンプ２１０の飽和回避と、高変換ゲインによる高Ｓ／Ｎ化の両立が可能となる。【００５４】
以上説明したように、本実施例に係る光検出装置１によれば、電流電圧変換部２００が出力する光検出信号におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。この結果、入力光に含まれる信号光成分を精度良く検出することが可能となる。【００５５】
＜第２実施例＞
第２実施例に係る光検出装置について、図４を参照して説明する。【００５６】
図４は、第２実施例に係る光検出装置の構成を示すブロック図である。尚、図４において、図２に示した第１実施例に係る構成要素と同様の構成要素に同一の参照符合を付し、それらの説明は適宜省略する。【００５７】
図４において、第２実施例に係る光検出装置１ｂは、前述した第１実施例における光電流変換部１００に代えて光電流変換部１００ｂを備える点で、前述した第１実施例に係る光検出装置１と異なり、その他の点については、前述した第１実施例に係る光検出装置１と概ね同様に構成されている。【００５８】
図４において、光電流変換部１００ｂは、受光素子１１０ｂ及び１２０ｂと、端子Ｐｄ１ｂ及びＰｄ２ｂとを有している。尚、受光素子１１０ｂは、本発明に係る「第１光電変換素子部」の一例であり、受光素子１２０ｂは、本発明に「第２光電変換素子部」の一例である。【００５９】
受光素子１１０ｂ及び１２０ｂの各々は、例えばＰＩＮダイオード等のフォトダイオードであり、入力光を受光し、受光した入力光の光量に応じて電流を出力する。受光素子１１０ｂ及び１２０ｂは、互いにカソード同士が接続されるように、直列接続されている。受光素子１１０ｂのアノードは、端子Ｐｄ１ｂに接続され、受光素子１２０ｂのアノードは、端子Ｐｄ２ｂに接続されている。受光素子１１０ｂ及び１２０ｂがこのように直列接続されているので、光電流変換部１００ｂは、受光素子１１０ｂが出力する電流Ｉｄｔ１ｂと受光素子１２０ｂが出力する電流Ｉｄｔ２ｂと差分電流を検出電流Ｉｄｔｂとして端子Ｐｄ１ｂから出力することができる。【００６０】
端子Ｐｄ１ｂ及びＰｄ２ｂは、電流電圧変換部２００の入力端子Ｉｎ１及びＩｎ２にそれぞれ接続されている。【００６１】
このように構成された光検出装置１ｂによって、前述した第１実施例に係る光検出装置１によって得られる利益と同様の利益を得ることができる。即ち、受光素子１１０ｂが出力する電流Ｉｄｔ１ｂのＤＣ成分と、受光素子１２０ｂが出力する電流Ｉｄｔ２ｂのＤＣ成分とを相殺させることができ、入力光に含まれる信号光成分に相当するＡＣ成分を主として含む検出電流Ｉｄｔｂを出力することができる。この結果、電流電圧変換部２００が出力する光検出信号におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。【００６２】
＜第３実施例＞
第３実施例に係る光検出装置について、図５及び図６を参照して説明する。【００６３】
図５は、第３実施例に係る光検出装置の構成を示すブロック図である。【００６４】
図５において、第３実施例に係る光検出装置１ｃは、外部から入力される入力光に含まれる信号光成分を検出するための光検出装置であり、光電流変換部１００ｃと、電流電圧変換部２００ｃとを備えている。入力光は、例えば、レーザー光が被検体（例えば人間の指など）によって例えば反射、散乱等された光であり、被検体に係る情報を示す信号光成分（例えば、被検体における例えば反射、散乱等による変調成分）を含んでいる。【００６５】
図５において、光電流変換部１００ｃは、受光素子１１０ｃ及び１２０ｃと、端子Ｐｄ１ｃ及びＰｄ２ｃとを有している。尚、受光素子１１０ｃは、本発明に係る「第１光電変換素子部」の一例であり、受光素子１２０ｃは、本発明に「第２光電変換素子部」の一例である。【００６６】
受光素子１１０ｃ及び１２０ｃの各々は、例えばＰＩＮダイオード等のフォトダイオードであり、入力光を受光し、受光した入力光の光量に応じて電流を出力する。受光素子１１０ｃ及び１２０ｃは、互いにアノード同士が接続されるように、直列接続されている。受光素子１１０ｃのカソードは、端子Ｐｄ１ｃに接続され、受光素子１２０ｃのカソードは、端子Ｐｄ２ｃに接続されている。受光素子１１０ｃ及び１２０ｃがこのように直列接続されているので、光電流変換部１００ｃは、受光素子１１０ｃが出力する電流Ｉｄｔ１ｃと受光素子１２０ｃが出力する電流Ｉｄｔ２ｃとの差分電流（Ｉｄｔ２ｃ−Ｉｄｔ１ｃ）を検出電流Ｉｄｔｃとして端子Ｐｄ１ｃから出力することができる。また、光電流変換部１００ｃは、端子Ｐｄ１から出力する検出電流Ｉｄｔｃの極性が反転された電流（−Ｉｄｔｃ）を端子Ｐｄ２ｃから出力することができる。【００６７】
端子Ｐｄ１ｃ及びＰｄ２ｃは、電流電圧変換部２００ｃの入力端子Ｉｎ１ｃ及びＩｎ２ｃにそれぞれ接続されている。【００６８】
このように構成された光電流変換部２００ｃによれば、受光素子１１０ｃが出力する電流Ｉｄｔ１ｃのＤＣ成分と、受光素子１２０ｃが出力する電流Ｉｄｔ２ｃのＤＣ成分とを相殺させることができ、入力光に含まれる信号光成分に相当するＡＣ成分を主として含む検出電流Ｉｄｔｃを出力することができる。この結果、電流電圧変換部２００ｃが出力する光検出信号におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。【００６９】
電流電圧変換部２００ｃは、入力端子Ｉｎ１ｃ及びＩｎ２ｃと、本発明に係る「全差動増幅器」の一例としての全差動アンプ２３０と、帰還抵抗Ｒｆ１及びＲｆ２と、増幅器２４０と、出力端子Ｏｕｔとを有している。全差動アンプ２３０は、入力端子Ｉｎ１ｃに入力される電流Ｉｄｔｃを電圧信号−Ｒｆ１・Ｉｄｔｃに変換し、出力端子Ｏｕｔ−から出力する。同時に、全差動アンプ２３０は、入力端子Ｉｎ２ｃに入力される電流−Ｉｄｔｃを電圧信号Ｒｆ２・Ｉｄｔｃに変換し、出力端子Ｏｕｔ＋から出力する。即ち、全差動アンプ２３０は、入力端子Ｉｎ１及びＩｎ２に入力される電流を、それぞれ独立して電流電圧変換し、差動出力するトランスインピーダンスアンプとして構成されている。
電流電圧変換部２００ｃは、光電流変換部１００ｃから入力端子Ｉｎ１ｃに入力される検出電流Ｉｄｔｃを電圧信号に変換して出力端子Ｏｕｔから光検出信号として出力する。【００７０】
全差動アンプ２３０は、入力端子Ｉｎ１ｃに接続された入力端子Ｉｎ＋と、入力端子Ｉｎ２ｃに接続された入力端子Ｉｎ−と、出力端子Ｏｕｔ−と、出力端子Ｏｕｔ＋とを有する全差動増幅器である。基準電位は、基準電位端子Ｖｒｅｆを介して入力される。出力端子Ｏｕｔ−及びＯｕｔ＋は、後述する増幅器２４０の入力端子Ｉｎ−及びＩｎ＋にそれぞれ接続されている。【００７１】
帰還抵抗Ｒｆ１は、全差動アンプ２３０の入力端子Ｉｎ＋と全差動アンプ２３０の出力端子Ｏｕｔ−との間に接続されており、負帰還を施すと共に電流を電圧に変換する。帰還抵抗Ｒｆ２は、全差動アンプ２３０の入力端子Ｉｎ−と全差動アンプ２３０の出力端子Ｏｕｔ＋との間に接続されており、負帰還を施すと共に電流を電圧に変換する。帰還抵抗Ｒｆ１及びＲｆ２によって負帰還が施されることにより、全差動アンプ２３０の入力端子Ｉｎ＋と基準電位端子Ｖｒｅｆとの電位差は殆どゼロになっている。同様に入力端子Ｉｎ−との基準電位端子Ｖｒｅｆとの電位差は殆どゼロになっている。その結果、入力端子Ｉｎ＋と入力端子Ｉｎ−は殆ど同電位になる。よって、全差動アンプ２３０の入力端子Ｉｎ＋に入力端子Ｉｎ１ｃを介して接続されている端子Ｐｄ１ｃと、全差動アンプ２３０の入力端子Ｉｎ−に入力端子Ｉｎ２ｃを介して接続されている端子Ｐｄ２ｃとの電位差も殆どゼロであり、受光素子１１０ｃ及び１２０ｃの各々をゼロバイアスの状態、即ち、いわゆる発電モードで動作させることができる。従って、受光素子１１０ｃ及び１２０ｃに発生する暗電流を低減或いは無くすことができる。これにより、暗電流のゆらぎによるノイズ電流を低下させることができ、電流電圧変換部２００ｃが出力する光検出信号におけるＳ／Ｎ比を向上させることができる。【００７２】
増幅器２４０は、入力端子Ｉｎ−から入力される電圧信号−Ｒｆ１・Ｉｄｔｃと、入力端子Ｉｎ＋から入力される電圧信号Ｒｆ２・Ｉｄｔｃとの電位差２・Ｒｆ・Ｉｄｔｃ（Ｒｆ１＝Ｒｆ２＝Ｒｆに選ぶ）を増幅して出力する増幅器である。増幅器２４０の出力端子は、電流電圧変換部２００ｃの出力端子Ｏｕｔに接続されている。【００７３】
図６は、増幅器２４０の構成を示す回路図である。【００７４】
図６において、増幅器２４０は、計装アンプとして構成されており、オペアンプＯＰ１、ＯＰ２及びＯＰ３と、帰還抵抗Ｒ２、Ｒ３及びＲ６と、共通入力抵抗Ｒ１と、入力抵抗Ｒ４、Ｒ５及びＲ７とを備えている。【００７５】
増幅器２４０の入力端子Ｉｎ−は、オペアンプＯＰ１の非反転入力端子（＋）に接続されている。増幅器２４０の入力端子Ｉｎ＋は、オペアンプＯＰ２の非反転入力端子（＋）に接続されている。オペアンプＯＰ１及びＯＰ２は、帰還抵抗Ｒ２及びＲ３によってそれぞれ負帰還が施される。【００７６】
帰還抵抗Ｒ２とＲ３とは、等しい抵抗値に設定されている。【００７７】
共通入力抵抗Ｒ１は、オペアンプＯＰ１の反転入力端子とオペアンプＯＰ２の反転入力端子との間に接続されている。尚、共通入力抵抗Ｒ１は、利得を可変とするために可変抵抗として機能してもよい。【００７８】
オペアンプＯＰ１の出力端子は、入力抵抗Ｒ４を介して、オペアンプＯＰ３の反転入力端子に接続されている。オペアンプＯＰ２の出力端子は、入力抵抗Ｒ５を介して、オペアンプＯＰ３の非反転入力端子に接続されている。入力抵抗Ｒ５とオペアンプＯＰ３の非反転入力端子との間には、入力抵抗Ｒ７の一方の端子が接続されている。入力抵抗Ｒ７の他方の端子は、例えばＧＮＤ電位である基準電位Ｖｒｅｆに接続されている。オペアンプＯＰ２から出力される電圧は、入力抵抗Ｒ５及びＲ７によって分圧されオペアンプＯＰ３の非反転入力端子に入力される。【００７９】
入力抵抗Ｒ４とＲ５とは、等しい抵抗値に設定されている。【００８０】
オペアンプＯＰ３は、帰還抵抗Ｒ６によって負帰還が施される。オペアンプＯＰ３の出力端子は、電流電圧変換部２００ｃの出力端子Ｏｕｔに接続されている。【００８１】
帰還抵抗Ｒ６と入力抵抗Ｒ７とは、等しい抵抗値に設定されている。【００８２】
このように構成された増幅器２４０によれば、全差動アンプ２３０の出力端子Ｏｕｔ−及びＯｕｔ＋からそれぞれ出力される２つの電圧信号における同相成分（例えばハムノイズなど）を、ノイズとして除去することができる。更に、全差動アンプ２３０の出力端子Ｏｕｔ−及びＯｕｔ＋からそれぞれ出力される２つの電圧信号は、検出電流Ｉｄｔｃに応じて差動出力されており、極性が互いに異なる２つの差動信号である。よって、増幅器２４０の入力端子Ｉｎ＋及びＩｎ−には、検出した光の信号成分は逆相で入力される。これにより、増幅器２４０が光検出信号として出力する電圧信号から例えばハムノイズ等の同相成分を、ノイズとして除去することができる。加えて、検出した光の信号成分は逆相なので、増幅器２４０によって増幅されて、光検出信号として出力される。この結果、光検出信号において、ノイズ成分を低下させると共に信号成分を増加させることができるので、Ｓ／Ｎを顕著に向上させることができる。【００８３】
＜第４実施例＞
第４実施例に係る光検出装置について、図７を参照して説明する。【００８４】
第４実施例に係る光検出装置は、図５及び図６を参照して前述した第３実施例における増幅器２４０に代えて増幅器２４０ｄを備える点で、前述した第３実施例に係る光検出装置１ｃと異なり、その他の点については、前述した第３実施例に係る光検出装置１ｃと概ね同様に構成されている。【００８５】
図７は、第４実施例に係る増幅器の構成を示す回路図である。尚、図７において、図５及び図６に示した第３実施例に係る構成要素と同様の構成要素に同一の参照符合を付し、それらの説明は適宜省略する。【００８６】
図７において、本実施例に係る増幅器２４０ｄは、オペアンプＯＰ１及びＯＰ２と、帰還抵抗Ｒ２及びＲ３と、共通入力抵抗Ｒ１と、ローパスフィルタ（即ち、低域通過フィルタ）ＬＰＦ１及びＬＰＦ２と、ＡＤ（Analog to Digital）変換器ＡＤＣ１及びＡＤＣ２とを備えている。【００８７】
図５及び図６を参照して前述した第３実施例に係る増幅器２４０は、シングルエンドの信号であると共にアナログ信号として光検出信号を出力することが可能に構成されている。これに対して、図７に示すように、本実施例に係る増幅器２４０ｄは、極性の異なる２つの差動信号を光検出信号ＤｔＯｕｔ１及びＤｔＯｕｔ２として出力するように構成されている。加えて、光検出信号ＤｔＯｕｔ１及びＤｔＯｕｔ２は、ローパスフィルタＬＰＦ１及びＬＰＦ２並びにＡＤ変換器ＡＤＣ１及びＡＤＣ２を介してデジタル信号として出力される。増幅器２４０ｄによれば、オペアンプＯＰ１の出力信号は、アンチエリアスフィルタ（即ち、ＡＤ変換器によるサンプリングによって発生するエリアシングノイズを除去可能なフィルタ）としてのローパスフィルタＬＰＦ１を介してＡＤ変換機ＡＤＣ１に入力され、オペアンプＯＰ２の出力信号は、アンチエリアスフィルタとしてのローパスフィルタＬＰＦ２を介してＡＤ変換機ＡＤＣ２に入力される。よって、光検出信号ＤｔＯｕｔ１及びＤｔＯｕｔ２の各々のＳ／Ｎ比を高めることが可能である。ＡＤ変換器ＡＤＣ１及びＡＤＣ２の出力信号である量子化された光検出信号ＤｔＯｕｔ１及びＤｔＯｕｔ２は、例えばＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のデジタル信号処理装置等の信号処理装置（不図示）によって減算処理が実行されてよい。【００８８】
以上の結果、本実施例によれば、光検出信号ＤｔＯｕｔ１及びＤｔＯｕｔ２は、量子化されているので、例えば通信網を介して伝送する場合における、外界環境からのノイズに強くなる。よって、光検出信号の長距離伝送を実現することが可能となる。【００８９】
＜第５実施例＞
第５実施例に係る血流計測装置について、図８を参照して説明する。【００９０】
図８は、第５実施例に係る血流計測装置の構成を示すブロック図である。尚、図８において、図１及び図２に示した第１実施例に係る構成要素と同様の構成要素に同一の参照符合を付し、それらの説明は適宜省略する。【００９１】
図８において、本実施例に係る血流計測装置１００１は、本発明に係る「流体計測装置」の一例であり、生体である被検体９００の血流量を計測するための装置である。【００９２】
血流計測装置１００１は、レーザー駆動装置２と、半導体レーザー３と、図１及び図２を参照して前述した第１実施例に係る光検出装置１と、信号処理部５とを備えている。尚、レーザー駆動装置２及び半導体レーザー３は、本発明に係る「照射部」の一例であり、信号処理部５は、本発明に係る「算出部」の一例である。【００９３】
図８において、レーザー駆動装置２によって半導体レーザー３が駆動されることにより、半導体レーザー３からの光が被検体９００に照射される。被検体９００に照射された光は、被検体９００の毛細血管内のヘモクロビンにより反射或いは散乱される。このように被検体９００において反射或いは散乱された光は、光検出装置１の光電流変換部１００（より具体的には、図２を参照して前述した受光素子１１０及び１２０）に入射される。入射された光に応じて光電流変換部１００から検出電流Ｉｄｔが出力される。検出電流Ｉｄｔは、電流電圧変換部２００によって電圧信号に変換されて、光検出信号として信号処理部５に入力される。信号処理部５は、入力された光検出信号に基づいて血流量を算出し、血流量を示すデジタル信号を血流量検出信号として出力する。【００９４】
ここで特に、血流計測装置１００１は、前述した第１実施例に係る光検出装置１を備えているので、Ｓ／Ｎが高い光検出信号に基づいて、信号処理部５によって血流量を算出することができる。よって、血流量を正確に算出することができる。【００９５】
尚、血流計測装置は、前述した第１実施例に係る光検出装置１と同様にそれぞれ構成された２つの光検出装置と、該２つの光検出装置からそれぞれ出力される光検出信号の差分に基づいて血流量を算出し、血流量を示すデジタル信号を血流量検出信号として出力する信号処理部とを更に備えてもよい。このように構成すれば、例えばハムノイズ等の同相成分をより確実に除去することができ、より正確に、血流量を算出することができる。【００９６】
＜第６実施例＞
第６実施例に係る血流計測装置について、図９を参照して説明する。【００９７】
図９は、第６実施例に係る血流計測装置の構成を示すブロック図である。尚、図９において、図４に示した第２実施例に係る構成要素及び図８に示した第５実施例に係る構成要素と同様の構成要素に同一の参照符合を付し、それらの説明は適宜省略する。【００９８】
図９において、本実施例に係る血流計測装置１００２は、本発明に係る「流体計測装置」の一例であり、生体である被検体９００の血流量を計測するための装置である。【００９９】
血流計測装置１００２は、レーザー駆動装置２と、半導体レーザー３と、光検出装置１ｇと、信号処理部５ｇとを備えている。【０１００】
光検出装置１ｇは、光電流変換部１００ｂ及び電流電圧変換部２００ｇを備えている。【０１０１】
光電流変換部１００ｂは、互いにカソード同士が接続されるように、直列接続された受光素子１１０ｂ及び１２０ｂを有している。受光素子１１０ｂのアノードは、端子Ｐｄ１ｂを介して電流電圧変換部２００ｇの入力端子Ｉｎ１に接続され、受光素子１２０ｂのアノードは、端子Ｐｄ２ｂを介して電流電圧変換部２００ｇの入力端子Ｉｎ２に接続されている。【０１０２】
本実施例では特に、受光素子１１０ｂ及び１２０ｂ間にバイアス印加選択素子３００の一端が接続されている。バイアス印加選択素子３００は、コントローラ４００からの指令に基づいて、受光素子１１０ｂ及び１２０ｂにバイアス電圧を印加するか否かを選択する。バイアス印加選択素子３００は、アナログスイッチＳＷ１から構成されている。アナログスイッチＳＷ１の一端は、受光素子１１０ｂと１２０ｂとの間（即ち、受光素子１１０ｂと１２０ｂとの接続点）に接続され、アナログスイッチＳＷ１の他端は、例えばＧＮＤ電位等のバイアス電位に接続されている。バイアス印加選択素子３００は、コントローラ４００からの指令に応じて、アナログスイッチＳＷ１のオンオフを切り替えることで、受光素子１１０ｂ及び１２０ｂにバイアス電圧を印加するか否かを選択する。尚、バイアス印加選択素子３００及びコントローラ４００は、本発明に係る「バイアス電圧印加手段」の一例である。【０１０３】
電流電圧変換部２００ｇは、図７を参照して前述した光検出装置が備える電流電圧変換部と概ね同様に構成されている。即ち、電流電圧変換部２００ｇは、全差動アンプ２３０（図５参照）、帰還抵抗Ｒｆ１及びＲｆ２（図５参照）並びに増幅器２４０ｄ（図７参照）を備えている。電流電圧変換部２００ｇは、出力端子Ｏｕｔ１及びＯｕｔ２から光検出信号ＤｔＯｕｔ１及びＤｔＯｕｔ２をそれぞれ出力する。【０１０４】
信号処理部５ｇは、入力された光検出信号ＤｔＯｕｔ１及びＤｔＯｕｔ２に基づいて血流量を算出し、血流量を示すデジタル信号を血流量検出信号として出力する。信号処理部５ｇは、コントローラ４００からの指令に基づいて、受光素子１１０ｂ及び１２０ｂにバイアスが印加されるバイアス印加時（即ち、アナログスイッチＳＷ１がオン状態とされたとき）と、受光素子１１０ｂ及び１２０ｂにバイアスが印加さない開放時（即ち、アナログスイッチＳＷ１がオフ状態とされたとき）とで、信号処理の内容を変更する。【０１０５】
具体的には、バイアス印加時には、信号処理部５ｇは、入力される光検出信号ＤｔＯｕｔ１及びＤｔＯｕｔ２を加算することにより、ＤＣ光パワー成分を算出する。一方、開放時には、入力される光検出信号ＤｔＯｕｔ１及びＤｔＯｕｔ２を減算することにより、例えばビート信号等の信号光成分のパワースペクトルを算出し、これに基づいて被検体９００の血流量を算出する。更に、信号処理部５ｇは、開放時に算出した血流量を、バイアス印加時に算出したＤＣ光パワー成分で除算することで規格化を行う。これにより、半導体レーザー３から出射される光にパワー変動が生じたとしても被検体９００の血流量を精度良く測定することが可能となる。【０１０６】
＜第７実施例＞
第７実施例に係る光検出装置について、図１０を参照して説明する。【０１０７】
図１０は、第７実施例に係る光検出装置の構成を示す回路図である。尚、図１０において、図２に示した第１実施例に係る構成要素と同様の構成要素に同一の参照符合を付し、それらの説明は適宜省略する。【０１０８】
図１０において、第７実施例に係る光検出装置１ｈは、受光素子１３０及び該受光素子１３０から出力される電流を電圧に変換する電流電圧変換部分２０３を更に備える点で、前述した第１実施例に係る光検出装置１と異なり、その他の点については、前述した第１実施例に係る光検出装置１と概ね同様に構成されている。尚、受光素子１３０は、本発明に係る「第３光電変換素子部」の一例であり、電流電圧変換部分２０３は、本発明に係る「第２電流電圧変換部」の一例である。【０１０９】
図１０において、第７実施例に係る光検出装置１ｈは、光電流変換部１００ｈと、電流電圧変換部２００ｈとを備えている。【０１１０】
光電流変換部１００ｈは、前述した第１実施例における光電流変換部１００と同様に、並列接続された受光素子１１０及び１２０と、端子Ｐｄ１及びＰｄ２とを有している。更に、光電流変換部１００ｈは、受光素子１１０及び１２０とは別個に設けられた受光素子１３０と、端子Ｐｄ１ｈ及びＰｄ２ｈとを有している。受光素子１３０は、例えばＰＩＮダイオード等のフォトダイオードであり、入力光を受光し、受光した入力光の光量に応じて電流を出力する。受光素子１３０のカソードは、端子Ｐｄ１ｈに接続され、受光素子１３０のアノードは、端子Ｐｄ２ｈに接続されている。【０１１１】
端子Ｐｄ１ｈ及びＰｄ２ｈは、後述する電流電圧変換部２００ｈの入力端子Ｉｎ１ｈ及びＩｎ２ｈにそれぞれ接続されている。【０１１２】
電流電圧変換部２００ｈは、前述した第１実施例における光電流変換部と概ね同様に、入力端子Ｉｎ１及びＩｎ２と、オペアンプ２１０と、帰還抵抗Ｒｆと、出力端子ＯｕｔＡとを有している。尚、出力端子ＯｕｔＡは、オペアンプ２１０の出力端子に接続されている。出力端子ＯｕｔＡは、オペアンプ２１０から出力される電圧信号を光検出信号ＤｔＯｕｔＡとして出力する。【０１１３】
更に、電流電圧変換部２００ｈは、受光素子１３０から出力される電流を電圧に変換する電流電圧変換部分２０３を有している。電流電圧変換部分２０３は、入力端子Ｉｎ１ｈ及びＩｎ２ｈと、オペアンプ２１０ｈと、帰還抵抗Ｒｆｈと、出力端子ＯｕｔＢとを有している。【０１１４】
入力端子Ｉｎ１ｈは、オペアンプ２１０ｈの反転入力端子（−）に接続されている。入力端子Ｉｎ２ｈは、オペアンプ２１０ｈの非反転入力端子（＋）に接続されている。入力端子Ｉｎ２ｈ及びオペアンプ２１０ｈの非反転入力端子は接地されている。【０１１５】
帰還抵抗Ｒｆｈは、オペアンプ２１０ｈの出力端子とオペアンプ２１０ｈの反転入力端子との間に接続されており、負帰還を施すと共に電流を電圧に変換する。帰還抵抗Ｒｆｈによって負帰還が施されることにより、オペアンプ２１０ｈの反転入力端子と非反転入力端子との電位差は殆どゼロになっている（即ち、いわゆるイマジナルショートが成立している）。【０１１６】
出力端子ＯｕｔＢは、オペアンプ２１０ｈの出力端子に接続されている。出力端子ＯｕｔＢは、オペアンプ２１０ｈから出力される電圧信号を光検出信号ＤｔＯｕｔＢとして出力する。【０１１７】
このように本実施例では特に、光検出装置１ｈは、受光素子１３０及び該受光素子１３０から出力される電流を電圧に変換する電流電圧変換部分２０３を備えるので、受光素子１３０が出力する電流Ｉｄｔ３に基づいて、入力光の定常光成分に相当する信号を光検出信号ＤｔＯｕｔＢとして出力することができる。よって、互いに並列接続された受光素子１１０及び１２０からの検出電流Ｉｄｔに基づく光検出信号ＤｔＯｕｔＡ（即ち、入力光の信号光成分に相当する信号）を、光検出信号ＤｔＯｕｔＢ（即ち、入力光の定常光成分（ＤＣ光成分）に相当する信号）で除算することにより信号の規格化を行うことができる。よって、光源から出射される光にパワー変動が生じたとしても入力光に含まれる信号成分を精度良く検出することができる。【０１１８】
本発明は、上述した実施例に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う光検出装置及び流体計測装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【０１１９】
１、１ｂ、１ｃ、１ｇ、１ｈ  光検出装置
２  レーザー駆動装置
３  半導体レーザー
５、５ｇ  信号処理部
１００、１００ｂ、１００ｃ、１００ｇ、１００ｈ  光電流変換部
１１０、１２０、１１０ｂ、１２０ｂ、１１０ｃ、１２０ｃ  受光素子
２００、２００ｃ、２００ｇ、２００ｈ  電流電圧変換部
２１０、２１０ｈ  オペアンプ
２３０  全差動アンプ
２４０、２４０ｄ  増幅器
３００  バイアス印加選択素子
４００  コントローラ
１００１、１００２  血流計測装置
Ｒｆ、Ｒｆｈ、Ｒｆ１、Ｒｆ２  帰還抵抗
ＳＷ１  アナログスイッチ
【図１】
2011161799.tif 000003
【図２】
2011161799.tif 000004
【図３】
2011161799.tif 000005
【図４】
2011161799.tif 000006
【図５】
2011161799.tif 000007
【図６】
2011161799.tif 000008
【図７】
2011161799.tif 000009
【図８】
2011161799.tif 000010
【図９】
2011161799.tif 000011
【図１０】
2011161799.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月10日(2011.2.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光に含まれる信号光成分を検出するための光検出装置であって、
前記入力光を電流に夫々変換して出力する第１及び第２光電変換素子部を含んでなり、前記第１光電変換素子部が出力する電流と前記第２光電変換素子部が出力する電流との差分電流を検出電流として出力する光電流変換部と、
該光電流変換部から出力された前記検出電流を増幅して電圧信号に変換し、該電圧信号を出力する第１電流電圧変換部と
を備え、
前記第１及び第２光電変換素子部は、互いにカソード同士又はアノード同士が接続されるように、直列接続され、
前記直列接続された前記第１及び第２光電変換素子部間の接続点はフローティングされている
ことを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
入力光に含まれる信号光成分を検出するための光検出装置であって、
前記入力光を電流に夫々変換して出力する第１及び第２光電変換素子部を含んでなり、前記第１光電変換素子部が出力する電流と前記第２光電変換素子部が出力する電流との差分電流を検出電流として出力する光電流変換部と、
該光電流変換部から出力された前記検出電流を増幅して電圧信号に変換し、該電圧信号を出力する第１電流電圧変換部と
を備え、
前記第１及び第２光電変換素子部は、互いにカソード同士又はアノード同士が接続されるように、直列接続され、
前記直列接続された前記第１及び第２光電変換素子部間に接続されており、前記第１及び第２光電変換素子部の各々にバイアス電圧を印加することが可能なバイアス電圧印加手段を更に備え、
前記光電流変換部は、前記バイアス電圧印加手段によって前記第１及び第２光電変換素子部の各々に前記バイアス電圧が印加された場合には、前記第１光電変換素子部が出力する電流と前記第２光電変換素子部が出力する電流との各々を出力する
ことを特徴とする光検出装置。
【請求項５】
「入力光に含まれる信号光成分を検出するための光検出装置であって、
前記入力光を電流に夫々変換して出力する第１及び第２光電変換素子部を含んでなり、前記第１光電変換素子部が出力する電流と前記第２光電変換素子部が出力する電流との差分電流を検出電流として出力する光電流変換部と、
該光電流変換部から出力された前記検出電流を増幅して電圧信号に変換し、該電圧信号を出力する第１電流電圧変換部と、」
前記入力光を電流に変換して出力する第３光電変換素子部と、
前記第３光電変換素子部から出力された電流を増幅して電圧信号に変換する第２電流電圧変換部と
を備え、
前記第１電流電圧変換部の出力であるＡＣ信号を、前記第２電流電圧変換部の出力であるＤＣ信号により規格化する
ことを特徴とする光検出装置。
【請求項６】
前記光電流変換部は、前記第１及び第２光電変換素子部の両端に夫々接続された第１及び第２端子を有し、
前記第１電流電圧変換部は、
前記第１端子に接続された正の入力端子、前記第２端子に接続された負の入力端子、前記正の入力端子に入力された信号を反転増幅して出力する負の出力端子、及び前記負の入力端子に入力された信号を反転増幅して出力する正の出力端子を有する全差動増幅器と、
前記正の入力端子と前記負の出力端子との間に接続された第１負帰還抵抗と、
前記負の入力端子と前記正の出力端子との間に接続された第２負帰還抵抗と、
前記正の出力端子から出力される信号と前記負の出力端子から出力される信号との差を増幅して電圧信号として出力する増幅器と
を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項７】
光を被検体に照射する照射部と、
前記照射された光に起因する前記被検体からの光が前記入力光として入力される請求項１から６のいずれか一項に記載の光検出装置と、
前記第１電流電圧変換部が出力する電圧信号に基づいて、前記被検体中の流体に関する流体情報を算出する算出部と
を備えることを特徴とする流体計測装置。
【手続補正書】
【提出日】平成23年4月25日(2011.4.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力光に含まれる信号光成分を検出するための光検出装置であって、
前記入力光を電流に夫々変換して出力する第１及び第２光電変換素子部を含んでなり、前記第１光電変換素子部が出力する電流と前記第２光電変換素子部が出力する電流との差分電流を検出電流として出力する光電流変換部と、
該光電流変換部から出力された前記検出電流を増幅して電圧信号に変換し、該電圧信号を出力する第１電流電圧変換部と
を備え、
前記第１及び第２光電変換素子部は、互いにカソード同士又はアノード同士が接続されるように、直列接続され、
前記直列接続された前記第１及び第２光電変換素子部間の接続点はフローティングされている
ことを特徴とする光検出装置。
【請求項２】
入力光に含まれる信号光成分を検出するための光検出装置であって、
前記入力光を電流に夫々変換して出力する第１及び第２光電変換素子部を含んでなり、前記第１光電変換素子部が出力する電流と前記第２光電変換素子部が出力する電流との差分電流を検出電流として出力する光電流変換部と、
該光電流変換部から出力された前記検出電流を増幅して電圧信号に変換し、該電圧信号を出力する第１電流電圧変換部と
を備え、
前記第１及び第２光電変換素子部は、互いにカソード同士又はアノード同士が接続されるように、直列接続され、
前記直列接続された前記第１及び第２光電変換素子部間に接続されており、前記第１及び第２光電変換素子部の各々にバイアス電圧を印加することが可能なバイアス電圧印加手段を更に備え、
前記光電流変換部は、前記バイアス電圧印加手段によって前記第１及び第２光電変換素子部の各々に前記バイアス電圧が印加された場合には、前記第１光電変換素子部が出力する電流と前記第２光電変換素子部が出力する電流との各々を出力する
ことを特徴とする光検出装置。
【請求項３】
入力光に含まれる信号光成分を検出するための光検出装置であって、
前記入力光を電流に夫々変換して出力する第１及び第２光電変換素子部を含んでなり、前記第１光電変換素子部が出力する電流と前記第２光電変換素子部が出力する電流との差分電流を検出電流として出力する光電流変換部と、
該光電流変換部から出力された前記検出電流を増幅して電圧信号に変換し、該電圧信号を出力する第１電流電圧変換部と、
前記入力光を電流に変換して出力する第３光電変換素子部と、
前記第３光電変換素子部から出力された電流を増幅して電圧信号に変換する第２電流電圧変換部と
を備え、
前記第１電流電圧変換部の出力であるＡＣ信号を、前記第２電流電圧変換部の出力であるＤＣ信号により規格化する
ことを特徴とする光検出装置。
【請求項４】
前記光電流変換部は、前記第１及び第２光電変換素子部の両端に夫々接続された第１及び第２端子を有し、
前記第１電流電圧変換部は、
前記第１端子に接続された正の入力端子、前記第２端子に接続された負の入力端子、前記正の入力端子に入力された信号を反転増幅して出力する負の出力端子、及び前記負の入力端子に入力された信号を反転増幅して出力する正の出力端子を有する全差動増幅器と、
前記正の入力端子と前記負の出力端子との間に接続された第１負帰還抵抗と、
前記負の入力端子と前記正の出力端子との間に接続された第２負帰還抵抗と、
前記正の出力端子から出力される信号と前記負の出力端子から出力される信号との差を増幅して電圧信号として出力する増幅器と
を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の光検出装置。
【請求項５】
光を被検体に照射する照射部と、
前記照射された光に起因する前記被検体からの光が前記入力光として入力される請求項１から４のいずれか一項に記載の光検出装置と、
前記第１電流電圧変換部が出力する電圧信号に基づいて、前記被検体中の流体に関する流体情報を算出する算出部と
を備えることを特徴とする流体計測装置。
【国際調査報告】
2011161799.tif 000013
2011161799.tif 000014
2011161799.tif 000015
2011161799.tif 000016